KR20100046872A - 졸음방지용 안경 - Google Patents

Abstract

본 발명은 운전자를 위한 졸음방지용 안경에 관한 것이다. 지금까지 상품이나 산업재산권으로 소개된 졸음방지장치로는 ①귀걸이형 졸음방지장치, ②눈동자 관측카메라를 이용한 졸음방지장치 및 ③차선이탈감지용 졸음방지장치 등 3 종류가 있다. 그러나 이들은 졸지않는 상황에서도 알람이 울리는 경우가 흔하게 발생하는데, 이러한 단점은 운전자의 졸음여부를 판단하는 기준(①졸면 고개를 떨굼, ②졸면 눈까플이 감김, ③졸면 차선을 변경)이나 이를 감지하는 센서의 설치 위치(①귓바퀴에 걸어줌, ②동공관측 카메라를 운전석 앞유리창에 설치, ③차선과 차량간 거리 감지센서를 차하단에 설치)가 적절하지 못하여 나타나는 것이며, 또한 센서의 특성으로부터 비롯됨을 쉽게 알 수 있다.

본 발명은 이러한 문제를 완전히 해결한 것으로서, 운전자의 고개위치 및 차선변경과 무관하게, 운전자의 졸음여부를 정확하게 판단할 수 있는 적절한 감지센서와 졸경우 운전자를 깨울 수 있는 알람장치를 안경에 설치한 것이 특징이다. 이것은 졸음오판율이 거의 0%이고, 소형경량이며, 장착과 탈착이 가능하다.

졸음방지 안경, IR센서, 알람, 스피커, 음악발생칩, 차동증폭기, 전압비교기

Description

졸음방지용 안경{ An IR sensor equipped spectacles for sober driving }

본 발명은 운전자를 위한 졸음방지용 장치에 관한 것이다. 기존의 졸음방지용 장치와 달리, 본 발명은 운전자의 졸음 여부를 판단할 수 있는 센서와 알람장치를 안경에 설치한 것으로, 졸음판단의 정확도와 구성의 단순화 및 소형경량화를 추구했다.

제1도는 통상의 안경테를 보인 것인데, 일반적으로 안경테는 렌즈를 고정시키는 렌즈틀(11)과 그 외곽부(12), 안경을 얼굴에 고정시키는 안경다리부(13) 및 렌즈틀 외곽부(12)과 안경다리부(13)를 연결하는 인접부(14)로 구성된다. 상기 안경다리부(13)의 끝에는 귀걸개(15)가 형성되어 있고, 상기 인접부(14)에는 안경다리부(13)가 렌즈틀(11)에 접힐 수 있도록 경첩(16)이 설치되어 있다.

지금까지 상품이나 산업재산권으로 소개된 졸음방지장치로는 졸음방지 귀걸이(상품화되어 판매중), 눈동자 관측카메라를 이용한 졸음방지장치(등록특허10-0762733,졸음운전방지시스템및그방법; 등록특허10-0766592: 홍체반사영상기반졸음방지장치및방법) 및 차선이탈감지용 졸음방지장치(아이디어) 등 3종류가 있다. 그 러나 이들은 센서배치, 구성 및 특성상의 문제로 졸지않는 상황에서도 알람이 울리리는 경우가 흔하게 발생하고, 특히 후자 2개는 구성도 아주 복잡하며, 가격도 비싸다.

먼저, 이미 상품화된 귀걸이형 장치는 운전자가 고개를 숙이면 알람(또는 진동)이 울리기 때문에, 졸지않고 고개만 숙여도 알람이 울리고, 졸더라도 고개를 숙이지 않으면(또는 고개를 옆으로 흔들거나 운전석 의자 배개에 기댈 경우) 알람(또는 진동)이 울리지 않는 단점이 있다.

둘째, 눈동자 관측 카메라를 이용한 졸음방지장치는 운전석 앞쪽에 설치된 카메라가 눈동자를 관측하다가 눈까풀이 감겨있는 시간이 길거나(등록특허10-0762733) 동공이 카메라에서 사라지면(등록특허10-0766592), 알람이 울린다. 이런 장치는 강한 산란광이 입사하거나 운전자가 고개를 숙이거나 돌려도 오동작할 수 있다. 이들은 무엇보다도 구성이 복잡하고, 설치비가 비싸며, 특히 가시광 카메라를 사용하는 경우엔 운전자가 썬글라스를 착용하면 무용지물이 된다.

끝으로, 차선이탈감지용 졸음방지장치의 개념은 운전도중 졸지않고 차선변경만 해도 알람이 울리며, 졸더라도 차선을 변경하지 않으면, 알람이 울리지 않아 앞차와 추돌사고가 발생할 수도 있다.

본 발명은 상기 문제들을 완전히 해결한 것으로 고개를 숙이거나 돌리는 것과 무관하게, 또 차선변경과 무관하게 운전자의 졸음(눈까플의 감김현상)을 정확하게 판단하여 졸음을 깨울 수 있도록 적절한 센서와 알람을 안경에 설치한 것이다.

전술한 바와 같이, 기존의 졸음방지장치는 다음과 같이 3 종류가 소개되어 있다. 본 발명을 통해 이들의 단점을 보완하기 위해 기존의 발명품들이 갖는 단점을 더욱 상세하게 지적하면 다음과 같다.

① 졸음방지 귀걸이: 전원버튼을 켠 후, 귀걸이 처럼 귀에 걸어 사용하는데, 각도조절 버튼이 있어, 이것으로 설정한 각도(통상 30°) 이상으로 고개를 숙일 경우 진동이 시작된다. 졸지 않더라도 고개를 숙이면, 알람이 동작하며, 또한 안경을 쓴 사람에게는 안경다리 끝이 귀걸이 부분과 겹쳐지므로 착용감은 다소 불편하다는 단점이 있다.

② 눈동자 관측 카메라를 이용한 졸음방지장치 : 이런 류의 장치는 산업재산권으로 2개가 소개되어 있다. 하나(등록특허10-0762733)는 엄지손가락 만한 카메라를 차량 앞 유리의 좌측기둥에 설치하고, 본체는 차량 내부의 적당한 곳에 부착한다. 소형 모니터로 눈을 촬영한 모습을 볼 수 있고, 모니터 옆에 부착된 센서는 눈 깜빡임 주기로 눈의 위치를 확인하며, 중앙처리부는 눈의 개폐 여부와 눈을 감고있는 시간 등을 계산하여 졸음여부를 결정하여 필요시 경보음 등을 울려준다. 다른 하나(등록특허10-0766592)는 운전자 얼굴에 근적외선을 조사하고, 카메라로 얼굴영상을 촬영한 후, 이영상에서 조사광에 반응하여 반사율이 높고 볼록거울 형태의 홍채 위에 맺힌 광원의 상을 검색한 후, 이 광원의 상의 변형에 따라 눈의 감김을 판 단하며, 그 지속시간을 토대로 졸음여부를 판단하여 알람을 울려준다. 후자는 근적외선을 사용함으로써, 전자의 취약점(산란 가시광에 의한 오판)을 보완(카메라폰도 사용가능)한 것은 분명하나 차량내 배치 등 운용개념에 대한 설명이 없는 것으로 보아 운용개념이 전자와 같을 것으로 추정된다.

어쨋든, 위의 두가지 방법은 센서의 추적성이 없어 졸음을 항상 감시하기 곤란하고, 휴대할 수도 없으며, 사용범위와 대상이 한정적이다. 특히, 가시광 카메라센서의 경우엔 운전자가 썬글라스를 끼고 있으면, 적외선조차도 통과하기 어려우므로 무용지물이 된다는 단점이 있다(장거리 운전시 대부분의 운전자들이 대낮엔 썬글라스를 착용한다.).

③ 차선이탈감지용 졸음방지장치 : 카메라를 이용하여 차량과 차선 간의 간격을 감시함으로써, 운전자의 졸음상태를 판단하는데, 운전중 졸지 않더라도 차선에 접근하거나 멀어지거나 차선을 변경하는 경우는 항다반사이므로 오판할 확률이 가장 큰 방법이다. 이방법을 쓰면, 차안에 알람이 흔하게 울릴 것이다.

위에서 살펴본 바와 같이, 상기 장치들은 정상적인 동작상태에서, 졸지않더라도 알람이 울리는 경우가 흔하게 발생하는데, 그 원인은 센서의 특성과 설치위치 및 운전자의 졸음여부를 판단하는 기준으로부터 비롯된다. 이래서, 본 발명이 해결할 과제를 도출하려면, 졸음의 외형적 변화메카니즘을 고찰해야 함을 알 수 있다. 즉, 운전자가 졸면, 먼저 정신이 혼미해지고, 거의 동시에 눈이 감기며, 그 다음엔 고개가 숙여지고, 손(근육)에 힘이 빠지며(이완되며), 결국 차선을 벗어나는 꼴로 나타난다. 이러한 졸림 메카니즘을 보면, 눈이 감기는 것이 가장 직접적인 것이고, 고개가 숙여지는 것은 시간상 후속적인 것이며, 차선을 이탈하는 것은 맨 나중에 나타나는 것으로 결과론적인 현상이다. 따라서 상기 졸림 메카니즘을 분석하면, 눈꺼풀의 감김현상을 감시하는 것이 가장 직접적이고, 가장 정확한 졸음 판단기준임을 알 수 있다.

이러한 분석을 토대로, 본 발명이 해결해야 할 과제를 정리하면 다음과 같다. 첫째, 운전자의 졸음여부를 판단하는 방법은 직접적이며 정확해야 한다. 위에서 언급한 졸릴때의 외형변화 메카니즘을 보면, 눈꺼풀의 감김현상을 졸음판단의 기준으로 잡는 것이 가장 정확하다. 물론, 평상시 눈깜빡임과 졸릴 때 눈감김 주기는 서로 다르기 때문에 본 발명 설계시 이를 고려해야 한다.

둘째, 상기 ②번 예(눈동자 관측 카메라를 이용한 졸음방지장치)로 부터 알 수 있듯이, 기존의 발명들이 눈꺼풀 감김현상을 졸음판단의 기준으로 잡았다 해도 산란광이 강하든지, 운전자가 고개를 숙이거나 돌리면 오판하게 된다. 이는 센서가 차량의 전면에 고정되어 있어, 운전자가 고개를 움직일 때 그 눈을 추적하지 못하기 때문이다. 이런이유로 센서는 운전자의 눈을 상시 추적할 수 있는 위치에 있도록 설계해야 한다.

셋째, 본 발명은 운전중에만 사용할 수 있다기 보다는 졸음을 쫓고 싶어하는 수험생이나 보초병 등도 착용할 수 있어야 하고, 또 원래 안경을 쓰는 사람들을 위해 장착 및 탈착할 수 있도록 설계해야 한다. 그렇게 하려면 본 발명은 휴대용일 분만 아니라 소형이며, 경량이어야 한다.

상기 본 발명이 극복해야 할 과제들에 대한 해결 실마리와 수단을 각 과제와 대비하여 도출하면 다음과 같다.

[1] 첫째 조건으로 부터, 졸음을 판단하는 직접적이고, 정확한 방법은 졸리면, 눈꺼풀이 감기므로, 눈꺼풀 감김현상을 관측하여 졸음여부를 판단하게 한다. 이러한 기준은 과거 발표된 산업재산권(등록특허10-0762733, 등록특허10-0766592)에서도 이용된 바 있으나 운전자가 고개를 움직일 때, 카메라 센서가 운전자 눈을 추적하지 못하는 결정적인 단점 때문에 그다지 효과적이지 못했다.

물론 사람들은 눈을 자주 깜빡이는데, 이 시간은 대략 1/16~1/8초이며, 최대 1초이내의 깜빡임 현상은 운전자가 맨정신으로 운전하는 것으로 판단하고, 그 이상이면, 운전자가 졸리는 것으로 판단해야 한다. 운전중에 피곤하여 눈을 다소 오랫동안(1~1.5초)감았다 뜨는 것도 피곤하여 의도적으로 하는 것인 만큼, 운전자가 졸리는 것으로 판단해야 한다(실험상 100km/h 속도로 달릴 때, 1~1.5초 동안 눈을 감아도 불안함을 크게 느끼지 않으나 그이상에서는 공포감으로 치닫는다.). 따라서 눈깜빡임을 소정의 센서가 감지하게 하고, 감고있는 시간이 1초 이상이면, 운전자를 깨우는 알람작업(경고음 또는 진동)을 착수해야 한다.

[2] 상기 센서는 반드시 카메라일 필요는 없다. 사실 카메라 시스템은 설치비가 너무 비싸고, 복잡하다. 더욱이, 기존의 예(등록특허10-0762733, 등록특허10- 0766592)에서 알 수 있듯이, 운전자가 고개를 돌릴 때, 카메라가 눈을 추적하지 못하므로 오작동이 많아서 효과적이지 못한 것이 사실이다. 본 발명의 센서자격이란 눈을 감았는지 떴는지 알 수 있으면, 그것으로 충분하다. 즉, 눈동자와 눈꺼풀(눈을 감았을 때) 또는 눈 근처의 살갖을 구분할 수 있어야 한다. 칠흙같은 밤에도 운전하므로 눈동자와 눈꺼풀을 구별하는 센서는 가시광센서가 아닌 적외선 센서이어야 하며, 대낮 운전을 가정하면, 태양광(중파장 적외선이 많음)의 영향이 크므로 장파장이상의 원적외선 센서가 적합함을 알 수 있다. 그것도 단일 화소 센서라도 상기 목적달성에는 충분하다. 따라서, 본 발명의 센서는 단일 화소를 갖는 장파장 적외선 센서(single element long wave length IR sensor :SLIR sensor)가 적합함을 알 수 있으며, 특히, 눈동자와 눈꺼풀을 관측하므로 상기 센서를 2개 준비한다. 여기서, 장파장 IR 이란 파장이 약 10um 보다 긴 적외선을 말하는데, 이를 채택하는 이유는 태양광은 중파장(3~4 um) IR이 강하여 낮에는 그 효과가 상대적으로 크게 나타나기 때문이다.

[3] 둘째 조건으로부터, 본 발명에 사용될 센서는 반드시 운전자 눈을 추적할 수 있어야 한다. 기존 예(등록특허10-0762733, 등록특허10-0766592)들의 경우, 카메라가 차량내부의 전방 유리창 어딘가에 고정되어 있으므로 운전자의 움직임을 따라 눈의 위치를 추적할 수 없게끔 설계되어 있다. 만일 추적할 수 있다면, 시스템이 꽤 복잡하고 비용도 매우 고가일 것이다. 이 때문에 본 발명에서는 센서를 얼굴에 고정시키는 방법을 모색한다.

[4] 셋째 조건에 의하면, 본 발명의 사용자를 운전자에게만 국한하지 않고, 졸음을 쫓고 싶어하는 수험생이나 보초병 등도 착용할 수 있게 하는 등 범용화를 목적으로 하기 때문에 장착과 탈착이 용이해야 하며, 휴대용이므로 소형이며 경량으로 설계한다.

위에서 언급한 4가지 문제들에 대한 해결수단을 종합하면, 본 발명의 개념과 특징을 다음과 같이 요약할 수 있다. 졸음감지용 센서는 눈꺼풀 깜빡임을 관측하는 것이어야 하고, 깜빡임 주기를 측정하여 졸음 여부를 판단할 수 있어야 한다. 또한 상기 센서는 눈의 상태를 놓치지 않고 감시할 수 곳에 설치되어야 하고, 센서의 졸음판단 결과에 따라 알람기능(경고음 또는 진동)도 있어야 한다. 아울러, 운전자뿐만 아닌 보초병, 수험생 등도 사용할 수 있게 범용화를 위해 휴대할 수 있어야 하며, 장착과 탈착이 가능해야 한다.

현재 상품으로 판매중인 '졸음방지 귀걸이'는 가격이 싸다는 점에서 아주 획기적인 것이지만, 운전자의 졸음여부와 무관하게 고개를 숙이면 알람(또는 진동)이 울리고, 또 졸더라도 고개를 옆으로 흔들리거나 운전석 의자배개부분에 기댈 경우 알람이 동작하지 않는 등 오판하는 경우가 많다. 또, 안경을 쓴 경우, 안경다리와 '졸음방지 귀걸이'의 귀걸개가 서로 겹쳐 착용감이 좋지 않다는 단점이 있다.

또한, 산업재산권으로 소개된 '눈동자 관측카메라를 이용한 졸음방지장치'(등록특허10-0762733,졸음운전방지시스템및그방법; 등록특허10-0766592: 홍체반 사영상기반졸음방지장치및방법)는 운전석 앞쪽에 설치된 카메라가 눈동자를 관측하다가 눈까풀이 감겨있는 시간이 특정시간보다 길어지면 알람기능이 동작된다. 이런 장치는 강한 산란광이 입사하거나 운전자가 고개를 숙이거나 돌려도 오동작할 수 있으며, 무엇보다도 장치가 복잡하고, 설치비가 비싸며, 가시광 카메라를 사용하므로 운전자가 썬글라스를 착용한 경우엔 무용지물이다. 또한 근적외선을 사용한다 해도 근적외선 조사장치가 추가되는 등 여전히 장비가 복잡하고, 추적성도 낮다는 단점이 있다.

한편, 배경기술에서 언급한 바와 같이, 차선감시용 졸음방지장치는 아주 간접적인 졸음감시방식이며, 알람이 울린다해도 이미 사고난 상태에서 울릴 것이므로 추천할 만한 장치는 아니다.

본 발명은 상기 센서들이 갖는 구성, 배치 및 특성 등으로 나타난 문제를 완전히 해결한 것으로, 졸음(눈까플의 감김현상)여부를 정확하게 판단하여 깨울 수 있도록 적절한 장파장 IR 센서와 졸음판단 기능 및 알람 기능을 컴팩트하게 안경에 설치한 것이다. 기존의 발명과 비교하여 본 발명의 우수한 점은 다음과 같다.

첫째, 본 발명은 운전자의 눈의 상태를 상시 감시하되, 바로 옆에서 감시하므로 운전자 눈의 상태를 놓치지 않으므로 오판이 없다(상시감시 및 판단의 정확도가 높음).

둘째, 졸음감시센서로서 중파장이 아닌 장파장 IR 센서를 채택하므로 태양광하에서 뿐만 아니라 야간에도 정확하게(~100%) 판단할 수 있으며, 그 결과 별도의 근적외선 광원이 필요없다(장치의 단순화). 본 발명은 IR센서를 사용하므로 차량 내부의 밝기에 전혀 무관하며, 대낮이나 칠흙같은 밤에도 정상적으로 작동한다.

셋째, 감시센서 형태는 면(array)형 검출기가 아닌 단일화소검출기이므로 이와 결합되는 복잡한 카메라 전자부가 필요없고(즉, 눈,코 및 눈썹 등의 기하학적 요소를 감지할 필요없고, 이를 처리할 복잡한 졸음판단 알고리즘도 필요없음), 이 때문에 가격도 상대적으로 아주 저렴하다(가격의 경제성).

넷째, 본 발명은 눈의 깜빡임(눈을 감은상태, 뜬 상태 등 2개의 상태)을 촬영할 수 있는 SLIR sensor(단일화소 장파장 IR 센서), 이 두개의 눈깜빡임 상태를 구분하되 그 주기의 지속성을 판단하는 신호처리부 및 그 선호처리부로 부터 출력신호를 받아 스위칭하게하고 경고음(또는 진동)을 울려주는 알람부로 간단하게 구성되므로 그 크기가 작고 가벼워 착용하기 수월하다(소형이며 경량화).

다섯째, 본 발명은 졸음방지안경 전용으로 만들 수 있지만, 특히 소형경량이므로 기존의 안경에 설치할 수도 있다. 즉, 썬글라스, 조광렌즈, 가디안 안경, 근시 및 원시용 안경 등 기존의 안경에 장착하고 탈착할 수 있게 만듦으로써, 운전자 뿐만 아니라 수험생, 보초병 등도 사용할 수 있게 하는 등 사용대상의 범용화를 꾀했다(사용의 보편화).

본 발명은 운전자의 졸음여부를 판단할 수 있는 센서와 신호처리부 및 알람부를 안경에 설치한 것으로, 졸음판단의 정확도를 높이고, 구성을 단순화했으며, 안경에 장착하는 것이기 때문에 소형화 및 경량화를 꾀했다. 상기 과제해결수단에서 언급된 4개 문제로부터 본 발명의 개념과 특징을 다음과 같이 요약할 수 있다.

제2도는 본 발명의 기능도를 보인 것인데, 눈의 깜빡임(눈을 감은 상태와 뜬 상태 등 2개의 상태)을 감지하는 센서부(21)와 센서부(21)의 출력단과 연결되어 눈의 상태를 구별하되, 눈 감김의 지속성을 판단하는 신호처리부(22)와, 신호처리부(22)로부터 출력되는 신호를 받아 스위칭하는 스위칭부(23)와, 이(23)로부터 나온 스위칭 신호에 의해 경고음(또는 진동)을 울려주는 알람부(24), 및 앞에서 언급한 이러한 모듈(21 내지 24)에 전력을 공급하는 전원부(25)로 구성된다. 상기 신호처리부(22)는 두 검출기(26)의 출력신호간의 차이를 증폭하는 차동증폭부(221)와 신호 세기와 폭이 소정의 값이하인 펄스를 필터링하는 펄스판단생성부(222) 및 그(222) 결과를 조정하는 신호레벨 조정부(223)로 구성되는데, 이구성은 센서부(21)에 한개의 검출기(26)가 있는 경우엔 적용되지 않는다.

제3도는 제2도에서 언급한 기능들이 H/W 형태로 안경에 설치된 모습(운용개념)을 보인 것인데, 센서부(21)는 눈의 상태(뜨거나(261) 감은 상태(262))를 감시하기에 최적의 위치인 렌즈틀 외곽부(12) 또는 렌즈틀 외곽부(12)와 안경다리(13)를 연결하는 인접부(14) 또는 안경다리 전반부(17)에 설치할 수 있다(제1도). 제3도에서 센서부(21)는 입접부(14)에 설치되어 있다. 또, 신호처리부(22)는 이것이 설치되야 할 특정한 위치는 없으나 안경다리(13)의 중앙보다는 인접부(14) 또는 다리전반부(17)에 센서부(21)와 함께 설치하든지 또는 귀걸개(15)에 설치하는 것이 적합하다. 또, 알람부(24)는 귀 근처에 있는 것이 바람직하므로 귀걸개(15)에 설치하고, 전원부(25)도 그 무게를 지탱하기 수월한 귀걸개(15)에 설치하는 것이 바람직하다. 도3에서 센서부(21), 신호처리부(22) 및 알람부(24)를 연결하는 도선은 안경다리에 내장된 금속을 사용하거나 노출시키되 깔끔하게 처리한다.

제2 내지 3도에서 상기 센서부(21)는 눈꺼풀 깜빡임을 관측하는 것이기 때문에, 수동형 IR 센서로 구성하되, 눈을 감은 상태와 뜬 상태의 신호레벨을 정확하게 인식해야 하므로 검출기(예, photo-diode 또는 photo-transister 등) 2개(261, 262)를 이용하는 것이 좋다. 제4a도는 2개의 검출기로 구성된 센서부(21)의 일 실시예를 보인 것이다. 이들은 각각 자기의 시선(line of sight : LOS)을 전환하는 기능(31,32,33,34)과, 두 검출기의 0점 레벨을 맞추는 리셋(reset)기능(35)도 있다. 상기 LOS 전환기능은 각 검출기 시선의 고각(31,32)과 방위각(33,34)을 소정의 범위(약 ±15°)내에서 조절한다. 한편, 두 검출기는 각 화소위에 마이크로 렌즈가 설치되어 있으며, 그 시계(field of view : FOV)(36)는 3cm거리에서 원의 직경으로 환산하면 4mm 내외가 되게끔 설계한다.

만일, 검출기를 한 개만 사용할 경우(제4b도), 제1도에 보인 차동증폭부(221)와 신호레벨 조정부(223)가 필요없으므로 센서부(21)와 신호처리부(22)는 더욱 간단해지기는 하나(검출기의 적분시간(integration time)을 조정), 스위칭 펄스가 비교적 약해질 것이다. 한편, 이 IR 센서는 1개 이상의 화소(a pixel of photosensitive area)가 있는 것이며, 대낮에 사용하더라도 태양광에서 오는 중파 장(3~5um) 적외선의 영향을 적게 받도록 장파장(8um이상) IR 검출기를 선택한다. 제4b도는 1개의 검출기(26)로 구성된 센서부의 일 실시예를 보인 것이다. 여기(21)엔 시선(LOS)을 전환하는 기능(31,33)이 있다. 상기 LOS 전환기능은 각 검출기 시선의 고각(31)과 방위각(33)을 소정의 범위(약 ±15°)내에서 조절한다. 한편, 두 검출기는 각 화소위에 마이크로 렌즈가 설치되어 있으며, 그 시계(FOV)(36)는 3cm거리에서 원의 직경으로 환산하면 4~8mm 범위 내에 있게끔 설계한다.

제4a도에 보인 바와 같이, 2개의 검출기중 하나는 눈 주변의 살갖(41)을 관측하고(눈동자 바로 위 또는 아래의 살갖), 다른 하나는 눈동자(42)를 향하게 한다. 눈동자의 온도는 살갖의 온도보다 상대적으로 높은데, 눈동자는 눈물로 덮혀 있어서 주변 공기와 접촉하여 다소 식어있기 때문이다. 따라서 눈을 뜬 상태(43)에서는 두 검출기의 출력신호 레벨은 차이가 있으나, 눈을 감으면(44), 두 검출기 모두 살갖을 관측하므로 온도차가 거의 0이 되어 이둘의 출력신호 레벨은 오차범위 내에서 같게 된다(여기서 신호레벨의 차이가 있으면 1이고, 없으면 0이라 하자.). 따라서, 두 검출기의 출력신호를 차동증폭부(221)에 입력시킨 후, 이결과를 반전(222)시키면, 눈을 감은 상태에서 신호는 1이고, 눈을 뜬 상태에서 신호레벨은 0을 출력한다(제2도).

졸음운전이란 운전자가 실제로 자면서 운전하는 것이 아니라 쏟아지는 잠 때문에 눈이 저절로 감기게 되고, 이런 상태가 심해져, 눈감은 시간이 다소 긴 상태에서 운전하는 것을 의미하는데, 이러다가 잠을 자게 되면 대형사고로 이어진다. 이런 사고를 막으려면, 막 졸리기 시작할 때 지체없이 경고알람을 발생시켜 운전자를 깨워야 한다. 제5도는 일반인들에 대하여, 눈을 감고 있는 시간과 횟수 간의 관계를 측정하여 그래프로 나타낸 것이다. 이로 부터 깨어 있는 상태(51), 졸리는 상태(52) 및 수면상태(53)를 구분한 것이다. 그래프로부터 알 수 있듯이, 깨어 있는 상태(51)에서는 1분당 눈깜빡임 횟수는 35~50 회이고, 눈을 감고 있는 시간은 0.1~0.15초 정도이고, 졸리는 상태(52)에서는 1분당 눈깜빡임 횟수는 15~25 회이고, 눈을 감고 있는 시간은 0.7~1.5초 정도이며, 수면상태(53)에서는 1분당 눈깜빡임 횟수는 0~1회이고, 눈을 감고 있는 시간은 약 6초 이상이다(눈을 감고 있는 상태에서, 심리적으로 평안하게 운전할 수 있는 시간은 대략 1초 가량된다. 이래서, 눈을 감은 후, 1초가 조금이라도 초과되면 알람이 울리게 한다.). 제5도에 의하면, 졸음은 눈을 감는 횟수와 비례하는 것이 아니고, 눈을 감고 있는 시간과 밀접하게 관련이 있으므로, 펄스폭≥1초이면, 졸음으로 판단하여, 스위칭 펄스를 발생시켜 알람부(24)에서 알람(진동 또는 경고음)이 울리게 해야 한다(제2도). 한편, 본 발명에서 2개의 검출기를 쓸 경우, 필요하면, 졸음판단기준 설정기능(37)을 펄스판단생성부(222)에 두어 기준 펄스폭(시간)을 설정할 수 있게 한다(제3도).

한편, 제2도에서 알람부(24)는 진동(vibrator; vib.)이나 경고음(speaker; sp)을 발생하는 것을 사용하되, 보조석의 동승인을 방해되지 않게 하려면 진동이 좋고, 탑승인의 주의를 환기시키고자 할 땐, 경고음이 더 바람직하다. 이는 경고음을 동승인이 들으면, 졸고 있는 운전자를 적극적으로 깨울 수 있기 때문이다.

본 발명은 센서부(21)와 눈 간의 거리가 짧고, 또 상시 관측하므로 경보오류가 전혀 없으며, 졸음판단을 위한 알고리즘이 없거나(1개의 검출기 사용) 있어도(2개의 검출기 사용) 매우 단순하므로, 졸음과 동시에 알람이 울려준다. 또한, 운전자뿐만 아닌 보초병, 수험생 등도 사용할 수 있도록 기존의 안경(썬글라스, 원시용, 근시용 안경 등)에 장착하거나 탈착시킬 수 있다. 특히, 안경의 내부에 설치하므로 안경렌즈에 의한 적외선 세기의 감쇄현상도 피할 수 있다는 장점이 있다.

아래의 표는 타 발명 대비 본 발명의 장점을 비교한 것이다. 표로부터 알 수 있듯이, 본 발명이 졸음판단의 신뢰도를 비롯해 대부분의 특성면에서 우수함을 알 수 있다.

본 발명과 타 발명 간의 장단점 비교 (◎:100, ○:75, △:50, ×:25)

명 칭	구성 (단순성)	성능/신뢰도 (졸음판단)	창의성 (신규성)	가격 (경제성)
본발명	◎	◎	◎	○
졸음방지귀걸이	◎	×	◎	◎
졸음운전방지시스템및그방법	×	△	◎	×
홍체반사영상기반졸음방지장치및방법	×	△	△	×
차선이탈감지용 졸음방지장치	×	×	△	×

도 1. 통상의 안경테 모습

도 2. 본 발명의 구성 및 기능도

도 3. 단일화소검출기로 구성된 센서부의 일 실시예

도 4. 본 발명의 구성 H/W 들이 안경에 설치된 모습의 일 실시예

도 5. 일반인에 대한 눈 감김시간, 횟수 및 수면여부 상태 간의 관계

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11.렌즈틀, 12.렌즈틀 외곽부, 13.안경다리부,

14.인접부, 15.귀걸개, 16.경첩,

17.안경다리전반부, 21.센서부, 22.신호처리부,

221.차동증폭부, 222.펄스판단생성부, 223.신호레벨 조정부,

23.스위칭부 24.알람부, 25.전원부.

31,32.검출기 시선의 고각, 33,34.검출기 시선의 방위각,

35.0점 레벨를 맞추는 리셋, 36.시계(field of view : FOV),

37.졸음판단기준 설정기능,

41.눈 주변의 살갖의 온도, 42.눈동자의 온도,

43.두 출력신호레벨 간의 차이(1), 44.두 출력신호레벨 간의 차이(0),

51.깨어 있는 상태(활동상태), 52.졸음상태,

53.수면상태

Claims (7)

1. 사용자의 눈동자(42)와 눈꺼풀 또는 눈 주변의 살갖(41)으로 부터 발생하는 적외선을 전기신호로 바꿔주는 적외선 센서부(21)와, 상기 눈동자(42) 또는 눈꺼풀 영역으로부터 발생하는 전기신호 레벨을 기준으로 눈 주변의 살갖(41) 영역으로부터 발생하는 전기신호 레벨 간의 차이를 증폭하는 차동증폭부(221)와, 상기 차동증폭부(222)에서 출력되는 펄스신호가 소정의 시간이상 지속되면, 상기 사용자가 졸고 있는 것으로 판단하는 신호처리처리부(22)와, 상기 신호처리부(22)로부터 출력되는 스위칭용 펄스 및 이것으로 진동 또는 경고음을 동작시켜 사용자를 깨우는 알람부(24) 및 앞에서 언급한 상기 모듈(21 내지 24)에 전력을 공급하는 전원부(25)를 포함하는 것을 특징으로 하는 졸음운방지용 안경.
2. 통상의 안경테와 제1항의 본 발명의 구성에 있어서, 상기 센서부(21)는 눈의 상태(뜨거나(261) 감은 상태(262))를 감시하기에 최적의 위치인 렌즈틀 외곽부(12) 또는 렌즈틀 외곽부(12)와 안경다리(13)를 연결하는 인접부(14) 또는 안경다리 전반부(17)에 설치할 수 있고, 상기 신호처리부(22)는 인접부(14) 또는 다리전반부(17)에 센서부(21)와 함께 설치하든지 또는 귀걸개(15)에 설치할 수 있으며, 상기 알람부(24)는 귀 근처에 있는 것이 바람직하므로 귀걸개(15)에 설치하고, 전원부(25)도 그 무게를 지탱하기 수월한 귀걸개(15)에 설치하며, 또한 상기 센서 부(21), 신호처리부(22), 알람부(24) 및 전원(25)를 연결하는 도선으로서 안경다리에 내장된 금속을 사용하는 것을 특징으로 하는 졸음운방지용 안경.
3. 제1항에 있어서, 상기 센서부(21)는 수동형 IR 검출기로 구성하되, 눈을 감은 상태와 뜬 상태의 신호레벨을 정확하게 인식해야 하므로 검출기 2개(261, 262)를 사용하고, 상기 검출기(26)들은 자기의 시선을 전환하는 기능(31,32,33,34)과, 두 검출기의 0점 레벨을 맞추는 리셋(reset)기능을 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 각 검출기 시선은 고각(31,32)과 방위각(33,34)을 소정의 범위 내에서 조절할 수 있고, 상기 검출기의 시계(36)는 3cm거리에서 원의 직경으로 환산하면 소정의 범위 내에 있게끔 설계한 것을 특징으로 하는 졸음운방지용 안경.
4. 제1항에 있어서, 상기 센서부(21)는 수동형 IR 검출기(26) 1개로 구성하되, 검출기의 적분시간을 조정함으로써, 차동증폭부(221)와 신호레벨조정부(223) 없이 바로 스위칭 펄스를 발생하고, 상기 센서부(21)엔 시선을 전환하는 기능(31,33)을 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 검출기(26)의 시선은 고각(31)과 방위각(33)을 소정의 범위 내에서 조절할 수 있고, 상기 검출기의 시계(36)는 3cm거리에서 원의 직경으로 환산하면, 소정의 범위 내에 있게끔 설계한 것을 특징으로 하는 졸음운방지용 안경.
5. 제3항 및 제4항에 있어서, 상기 IR 검출기(26)는 1개 이상의 화소가 있는 것이며, 또한 대낮에 사용하더라도 태양광에서 오는 중파장(3~5um) 적외선의 영향을 적게 받도록 장파장(8um이상) IR 검출기인 것을 특징으로 하는 졸음운방지용 안경.
6. 제1항에 있어서, 상기 알람부(24)는 진동 또는 경고음을 발생시킬 수 있게 하되, 보조석의 동승인을 방해되지 않게 할 경우엔 진동을 선택하고, 탑승인의 주의도 환기시키고자 할 땐, 경고음을 선택하여 발생시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 졸음운방지용 안경.
7. 본 발명은 운전자뿐만 아닌 보초병 및 수험생도 사용할 수 있도록 기존의 안경(썬글라스, 원시용 안경, 근시용 안경, 가디안 안경, 조광안경), 고글, 군용모자 및 썬캡에 각 구성 모듈별로 장착하거나 탈착시킬 수 있게 만든 것을 특징으로 하는 졸음운방지용 안경.

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